低功耗蓝牙纯电动智能车监测系统设计*（续1）

朱浩 夏范昌 吉祥 杜勇志 江银锋 鄂加强 邓元望

（1.湖南大学；2.湖南宏迅亿安新能源科技有限公司）

纯电动汽车因全球气候变暖加剧而成为主流的发展趋势之一，优化纯电动汽车实时监测系统的线束和操作是非常核心的问题。而低功耗蓝牙是一种将传统蓝牙、低功耗和高速传输技术融合在一起的无线传输通信技术[1]。根据官方数据，蓝牙4.0 的峰值能耗降低到前代版本的一半，而且只有在数据传输时才会启动，不需要时处于休眠状态，功耗大大降低。蓝牙技术联盟宣称，蓝牙4.0 模块的外设可以在1 粒钮扣电池供电支撑下工作时间达到1年以上[2]，并且可以大大减少用户此前所抱怨的启动速度问题。蓝牙从2.1 版本的6 s 完成启动缩短到4.0 版本的仅需3 ms 完成启动[3]。文章基于蓝牙4.0 和某大赛B 型车，开发了一种智能车无线实时监测系统，包括硬件电路设计、程序设计、软件设计、软硬件运行调试，并使用LabVIEW 软件编写了智能车状态监测系统软件，通过测试验证了智能车监测系统软硬件的可行性与可靠性。

1 监测系统模块设计

基于蓝牙4.0 低功耗智能车监测系统的开发包括硬件电路设计、程序设计、软件设计、软硬件运行调试四部分[4]，智能车各主要模块的连接和通信，如图1所示。

图1 智能车车载系统整体结构图

1.1 监测系统硬件电路设计

根据智能车整体布置结构，硬件电路设计了锂电池放电监测电路板、锂电池充电板、锂电池温度采集电路板、低功耗蓝牙主从机电路板及智能车整车控制器电路板五大部分。为方便电路板间通信，锂电池放电监测电路板、锂电池温度采集电路板和智能车整车控制器都设计了CAN 通信接口电路和蓝牙4.0 无线通信接口[5]。

1.1.1 锂电池放电监测电路板

本板的功能分四部分，分别对锂电池电压、电流、电量及放电监测板温度进行监测和报警[6]。选取美国某公司的LTC2943 芯片，该芯片锂电池电压范围为-0.3～24 V，锂电池电流范围为0～1.2 A，锂电池温度范围为-65～150 ℃，监测精度为14位ADC[7]。通过I2C总线通信协议，实现微控制器STC89C52RC 对LTC2943 电池监测芯片相应寄存器的读取和写入，完成监测和报警功能。STC89C52RC 和LTC2943 间的通信通过SDA、SCL 和连接实现。SDA 和SCL 为I2C总线的数据线和时钟线，为警告信号输出口和锂电池完成充电信号输入口。三线均通过一个2 kΩ的电阻上拉至STC89C52RC 芯片的5 V 电源网络VDD。

LTC2943锂电池状态监测电路原理，如图2所示。LTC2943 的I2C总线的数据线SDA 和时钟线SCL 接STC89C52RC 单片机的I/O 口P1.4 和P1.3，通过总线通信输出锂电池状态数据。作用包括监测警告信号和监测电池充电电量两方面。当LTC2943 的B 寄存器中B[1:0]=10 时用于监测警告信号；当其处于低电平时，电池的电压、电流、电量或温度中的1 项或多项超过最低或最高限值，就发送警告信号；当B[1:0]=01 时低电平表示锂电池已完成充电。

图2 LTC2943锂电池状态监测电路原理图

1.1.2 锂电池充电板

本板采用美国某公司的LTC1732 锂电池充电芯片。电源电压范围是8.8～13.2 V，充电电压为8.4 V，充电电压精度为±1%，充电电流范围为400～500 mA，工作温度为-40～85 ℃[8]。LTC1732硬件电路原理图，如图3所示。锂电池充放电电路由电路原理图和锂电池放电监测板的电路原理图连接组成。采用车载12 V 直流电源为锂电池充电，通过10 V 稳压二极管D4 和限流电阻R1 稳定充电电压，然后，再经过0.25 Ω 的采样电阻RSENSE 和19.6 kΩ 的编程电阻RPROG 进行充电电流控制。

图3 LTC1732硬件电路原理图

1.1.3 锂电池温度采集电路板

锂电池温度采集板使用某半导体公司的数字化温度传感器DS18B20，对锂电池温度信息进行采集，该传感器支持“单线、总线”功能，能方便地把多个传感器联网寻址，监测锂电池各部位温度。其功能框图，如图4所示。该温度传感器支持“单线总线”，测量温度范围为-55～125 ℃。在-10～85 ℃范围内，精度为±0.5 ℃，适合恶劣环境的现场温度测量[9]，可以通过单线、总线同时监测电池包的多点温度，提高车载锂电池安全性和可靠性。

（待续）